Ученые установили новые рекорды при помощи лучей "закрученного" света - «Наука и технологии»

Свойства, которыми обладает свет, состоящий из множества крошечных частиц, фотонов, снова и снова не перестают удивлять ученых. К примеру, известно, что лучу света можно придать закрученную форму, благодаря чему он будет напоминать винт или штопор. Фотоны закрученного луча света, согласно объяснению Антона Цайлингера (Anton Zeilinger), известного квантового физика из Венского университета, обладают большим числом квантовых параметров, так называемым квантовым числом, нежели фотоны обычного линейного луча. И, при помощи закрученных лучей лазерного света физики из Венского научно-технического квантового центра (Vienna Center for Quantum Science and Technology, VCQ) и Института квантовой оптики и квантовой информации (Institute of Quantum Optics and Quantum Information Vienna, IQOQI Vienna) установили два новых рекорда, по дальности передачи квантовой информации и по величине значения квантового числа.

В теории, фотон закрученного света может нести сколь угодно большое количество информации. В лабораторных условиях при помощи лучей закрученного света уже были достигнуты скорости передачи информации порядка 100 терабит в секунду. Однако, технологии такой передачи, способные работать в обычной окружающей среде, находятся еще во "младенческом возрасте". Дальность передачи информации при помощи закрученных лучей света по воздуху, что требуется для организации высокоскоростной связи со спутниками, к примеру, до сих пор была ограничена тремя километрами.

Во время новых исследований группа Антона Цайлингера и Марио Крена (Mario Krenn) показала, что информация, закодированная в фотонах луча закрученного света, может быть восстановлена после того, как луч пройдет по воздуху дистанцию, превышающую 100 километров. Эксперимент был проведен на двух из Канарских островов, которые разделяет расстояние в 143 километра. Сообщение "Hello, World!" было закодировано в луче зеленого лазера при помощи оптической голограммы, а искусственная нейронная сеть, связанная с приемным устройством на другом конце, успешно справилась с задачей коррекции ошибок и расшифровки переданного сообщения.

Группа Антона Цайлингера, работая вместе с группой Пинг Кой Лэма (Ping Koy Lam) из Канберры, Австралия, занималась исследованиями вопроса, насколько сильно можно закрутить единственный фотон света, превращая его в подобие винта шурупа-самореза. Для этого была использована новая технология закручивания, разработанная австралийскими учеными, основой которой являются так называемые спиральные фазовые зеркала, позволяющие очень сильно "закрутить" фотоны, придавая им большое значение квантового числа. И в последних экспериментах ученым удалось получить фотоны, значение квантового числа которых составляло 10 тысяч, в сто раз больше, чем было получено в предыдущих экспериментах.

Все это было достигнуто за счет использования явления квантовой запутанности между парой фотонов. Один из запутанных фотонов закручивался при помощи вышеупомянутых спиральных зеркал, при этом второй из фотонов также получал большое значение квантового числа и не происходило нарушения квантовой запутанности. Этот эксперимент стал доказательством того, что явление квантовой запутанности продолжает действовать и в отношении частиц, имеющих квантовое число, выражающееся значением, состоящим из пяти цифр. И это положило конец сомнениям ученых, которые ранее считали такое невозможным и которые сразу начали думать о возможности использования результатов своих экспериментов в практических целях.

И в заключении следует отметить, что оба установленных ученым рекорда делались совсем не ради установления этих рекордов. Все это говорит о том, что в данном направлении науки уже достигнуты определенные успехи и данное направление продолжает развиваться достаточно высокими темпами, постепенно прокладывая путь новым технологиям, которые смогут коренным образом изменить нашу жизнь в далеком или не очень далеком будущем.